強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)對(duì)施工影響分析

周 振,張 微，盧 奇,黃 超,秦 妮,李安軍

(1. 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司， 上海 201518；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070)

由于設(shè)備和裝置大型化的發(fā)展趨勢(shì)，強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器及循環(huán)管道外形尺寸越來(lái)越大，安裝高度越來(lái)越高，安裝難度也隨之增大[1]。由于施工技術(shù)的進(jìn)步，新型安裝方法應(yīng)用于在大型蒸發(fā)裝置，例如劉公智對(duì)某一蒸發(fā)裝置進(jìn)行模塊化施工，并獲得良好的效果[2]。設(shè)備管道及裝置大型化帶來(lái)的安裝難題及新型安裝技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)前期設(shè)計(jì)階段提出了更高要求。因此設(shè)計(jì)階段能把安裝時(shí)涉及的問(wèn)題提前考慮，例如大直徑循環(huán)管道的設(shè)計(jì)，設(shè)備及循環(huán)管道的安裝順序，關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)等因素，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有極大的幫助。很多問(wèn)題如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮的不足，設(shè)備安裝后要面臨整改，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，安全隱患高，個(gè)別問(wèn)題甚至難以整改，對(duì)設(shè)備和裝置的性能及安全帶來(lái)危害，同時(shí)將增大施工安裝成本。

設(shè)計(jì)階段能把各種問(wèn)題考慮充分，特別是設(shè)計(jì)人員與施工進(jìn)行充分交底，把問(wèn)題解決在施工之前，將對(duì)整個(gè)裝置施工質(zhì)量及施工進(jìn)度都有十分重要的意義[3]。

1 管道設(shè)計(jì)

1.1 蝦米彎的設(shè)計(jì)

大直徑管道中有多處使用蝦米彎。其設(shè)計(jì)依據(jù)是HG/T 20582-2011，有效半徑R應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)中的限定值[4]，有效半徑多與管道直徑相等。

按有效半徑與管道直徑相等制造的蝦米彎兩端管段很短，焊接時(shí)難以保證設(shè)計(jì)所要求的角度，導(dǎo)致蝦米彎彎曲度數(shù)偏差較大。蝦米彎兩端管段部分，外側(cè)尺寸大，內(nèi)側(cè)較小，標(biāo)準(zhǔn)GB 50235-2010規(guī)定了內(nèi)側(cè)最小寬度不應(yīng)小于50mm[5]。 在焊接后內(nèi)側(cè)尺寸較小的部分受焊接影響較大，焊后變形較大，會(huì)出現(xiàn)如圖1型式變形。這個(gè)變形導(dǎo)致與直管相連接時(shí)，一側(cè)間隙過(guò)大，錯(cuò)邊較大，增加焊接難度，影響對(duì)接焊縫質(zhì)量。

圖1 蝦米彎焊后變形示意圖

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在蝦米彎設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其兩端管段加長(zhǎng)，如圖2，其中虛線為按有效半徑與管道直徑相等時(shí)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)增大了管端距離焊縫的尺寸，避免了焊接對(duì)蝦米彎管端偏差的影響，同時(shí)利于控制蝦米彎的彎曲角度偏差，在制造及安裝時(shí)能較好的保證安裝精度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)內(nèi)側(cè)蝦米彎最小尺寸不應(yīng)小于300mm。

圖2 改進(jìn)蝦米彎結(jié)構(gòu)

1.2 管道焊縫預(yù)留

該裝置設(shè)備和管道尺寸較大，壁厚較薄，現(xiàn)場(chǎng)安裝困難，所以設(shè)計(jì)中所要遵循的原則是能在車間預(yù)制的一定要預(yù)制好，避免增加現(xiàn)場(chǎng)工作量。由于現(xiàn)場(chǎng)廠房、鋼結(jié)構(gòu)框架、運(yùn)輸及吊裝的限制，管道不能設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分割。裝置高度可達(dá)30～40m，個(gè)別管道吊裝時(shí)需穿三層樓，長(zhǎng)度可達(dá)15～20m。多數(shù)廠房已建好，只留安裝孔，要完成長(zhǎng)管道的吊裝，需要進(jìn)行精確的計(jì)算，由于吊裝過(guò)程中的不穩(wěn)定因素太多，很難完成長(zhǎng)管道吊裝。并且較長(zhǎng)的薄壁管道吊裝時(shí)，容易產(chǎn)生變形，發(fā)生失穩(wěn)，建議將管道分割成兩段，以便于完成吊裝。由于設(shè)備已加工完成，只能在管道上預(yù)留相應(yīng)的焊縫以便于現(xiàn)場(chǎng)裝配。焊縫的預(yù)留不合理將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)難以裝配，需進(jìn)行返工，增大工作量。同時(shí)為減少現(xiàn)場(chǎng)的工作量，預(yù)留焊縫要盡量少。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器結(jié)晶設(shè)計(jì)壓力及設(shè)計(jì)溫度等參數(shù)相對(duì)較低，選用平焊平焊法蘭，預(yù)留焊縫應(yīng)設(shè)置在法蘭與接管焊接處，因?yàn)樵撎幉粌H可以調(diào)整軸向的尺寸，由于法蘭螺栓孔與螺栓間及法蘭內(nèi)徑與管道間都存在一定的間隙，該間隙可以調(diào)整管道與法蘭的垂直度，來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備安裝誤差對(duì)安裝的影響。

現(xiàn)場(chǎng)焊接管道根據(jù)實(shí)際預(yù)留坡口，便于現(xiàn)場(chǎng)焊接?，F(xiàn)場(chǎng)常見一些管道未預(yù)先設(shè)置坡口，需進(jìn)行手工打磨，一方面精度達(dá)不到要求，另一方面工作量太大，效率太低。由于現(xiàn)場(chǎng)施工限制，預(yù)留外坡口，坡口的設(shè)計(jì)需滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。車間預(yù)制的管道，需設(shè)計(jì)一定的余量，保證施工過(guò)程中避免管道長(zhǎng)度不足帶來(lái)的影響，同時(shí)也可避免管道上焊縫距離過(guò)近。

1.3 管端加強(qiáng)

管道在運(yùn)輸、吊裝和倒運(yùn)過(guò)程中，端部容易磕碰，產(chǎn)生變形，影響管道的對(duì)接焊縫質(zhì)量，發(fā)生錯(cuò)邊，對(duì)接時(shí)需在管道上焊接工裝進(jìn)行校正，影響對(duì)接質(zhì)量和施工進(jìn)度。

大直徑薄壁管道應(yīng)采取措施對(duì)管道端部進(jìn)行加強(qiáng)，可設(shè)置加強(qiáng)圈，增加管端剛性。還可在其內(nèi)部或外部設(shè)置臨時(shí)加強(qiáng)措施，如設(shè)置剛性支撐環(huán)或采用型鋼支撐等防止其變形。

1.4 管道焊接保護(hù)

管道材料常為S22053及S31603，有些腐蝕嚴(yán)重的場(chǎng)合選擇鈦材，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中一般采用氬弧焊，其焊接質(zhì)量高。在焊接時(shí)應(yīng)在管道內(nèi)部進(jìn)行充氬氣保護(hù)。對(duì)于小直徑管道，一般將兩端的法蘭面密封，在管道內(nèi)部充氬氣保護(hù)焊接。但對(duì)于同設(shè)備相連大直徑管道，直接充氬氣保護(hù)需要的氬氣量很多，不經(jīng)濟(jì)。所以在管組焊前在距離管端不遠(yuǎn)處粘貼可溶性的紙進(jìn)行密封，將氬氣充入由管道和紙圍成的密閉空間進(jìn)行焊接保護(hù)，這可以提高焊縫的焊接質(zhì)量。對(duì)于其中的紙張，在進(jìn)行水壓及試運(yùn)行時(shí)在水和物料的作用下，會(huì)從管壁沖到介質(zhì)里并會(huì)溶解成小片，通過(guò)裝置底部的排放口排出。

2 安裝順序

2.1 發(fā)貨順序

強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置，牽涉的設(shè)備及管道多，尺寸大。用于廢水裝置，一般是由于環(huán)保原因后增加的項(xiàng)目，因此施工場(chǎng)地空間較為有限，所有設(shè)備不能一次性運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝情況，依據(jù)安裝計(jì)劃協(xié)調(diào)制造廠按要求的順序發(fā)貨。避免設(shè)備及管道存放場(chǎng)地不足問(wèn)題及二次搬運(yùn)問(wèn)題。制定合理的施工組織計(jì)劃[6]，配合現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度進(jìn)行管理，減小安裝時(shí)間，節(jié)省安裝成本。

2.2 設(shè)備和管道安裝

強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置包括蒸發(fā)室，加熱室，循環(huán)管路、循環(huán)泵及二次汽管路等。上述管路和設(shè)備分布不同的樓層，如果設(shè)備的安裝就位順序不合理，將需對(duì)設(shè)備和管路進(jìn)行二次倒運(yùn)，由于設(shè)備及管路的尺寸較大及廠房的限制，這項(xiàng)工作的難度將很大，有時(shí)需要對(duì)管道進(jìn)行分割才能完成倒運(yùn)。如穿樓層的管路，可放在上層從上往下安裝，也可放置于下層從下往上安裝，這時(shí)應(yīng)根據(jù)吊點(diǎn)設(shè)置及安裝位置周圍的空間等因素進(jìn)行合理的確定。

多效蒸發(fā)裝置安裝時(shí)先進(jìn)行蒸發(fā)室、加熱室及二次分離室就位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，將各部分循環(huán)管道放置于不同的樓層。循環(huán)管道裝配時(shí)禁止強(qiáng)力對(duì)接，端面的間隙、偏差、錯(cuò)口和不同心等缺陷不得采用加熱管子、加偏墊等方法消除，禁止采用任何扭曲的方法進(jìn)行組對(duì)[5]。

3 內(nèi)件安裝

強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)室中設(shè)置有除沫器，如果折流板除沫器安裝不穩(wěn)固，在設(shè)備吊裝或運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生錯(cuò)位或者脫落。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，在二次蒸汽的作用下，除沫器固定不穩(wěn)，發(fā)生錯(cuò)位和墜落。由于循環(huán)管直徑較大，會(huì)落入循環(huán)管，循環(huán)管上安裝有循環(huán)泵，除沫器攪入循環(huán)泵將對(duì)泵造成嚴(yán)重?fù)p壞。

因此類似蒸發(fā)室內(nèi)件不建議采用螺栓連接，如果要求可拆結(jié)構(gòu)，建議采用雙螺母結(jié)構(gòu)，并考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。

為減少除沫器的運(yùn)輸對(duì)除沫器帶來(lái)的影響，可采用以下方式：

(1)除沫器現(xiàn)場(chǎng)安裝；

(2)將除沫器的塊與塊采用焊接或螺栓連接的方式連接成一個(gè)整體。

4 關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)

4.1 人孔的設(shè)置

對(duì)于該強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置人孔，該裝置中只有蒸發(fā)室中折流板除沫器上下設(shè)置兩個(gè)人孔。在裝置運(yùn)行時(shí)換熱器有可能發(fā)生堵管，這時(shí)清洗換熱器，就需要把其上下連接的循環(huán)管拆除，該管道直徑為DN1200，設(shè)備法蘭為DN1600。另外循環(huán)泵在運(yùn)行中有可能發(fā)生故障，如除沫器脫落后攪入循環(huán)管中的，如果想取出除沫器，需拆卸一段循環(huán)管，見圖3。兩側(cè)法蘭直徑為DN900和DN1200的法蘭。這時(shí)如果在換熱器的上下管箱及泵口附近的循環(huán)管上設(shè)計(jì)一個(gè)人孔，將免去拆卸大直徑的法蘭，減少了吊裝工作，極大減輕拆卸工作，同時(shí)也可省去大直徑法蘭墊片的更換。

圖3 泵口循環(huán)管拆卸圖

4.2 設(shè)備加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)

蒸發(fā)室直徑較大，其壁厚較薄，吊耳型式選用軸式吊耳[7]。多效蒸發(fā)常為真空操作，真空容器需設(shè)置外壓加強(qiáng)圈，由于設(shè)備直徑較大，加強(qiáng)圈尺寸也較大，保證其剛性。

在設(shè)備吊裝時(shí)，加強(qiáng)圈設(shè)置在軸式吊耳的上側(cè)，由于其尺寸過(guò)大，在吊裝時(shí)將會(huì)向刀片一樣劃傷吊具，產(chǎn)生危險(xiǎn)。完成吊裝需要把位于吊耳正上方的一段加強(qiáng)圈切割，在設(shè)備吊裝就位后進(jìn)行補(bǔ)焊。設(shè)備就位后再對(duì)外壓加強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)焊，此時(shí)焊接存在高空作業(yè)，設(shè)備內(nèi)部焊接熱影響區(qū)需進(jìn)行酸洗鈍化或拋光處理，二次焊接對(duì)焊縫的質(zhì)量有一定的影響，同時(shí)增大了成本，影響設(shè)備的外觀及安全性。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備加強(qiáng)圈設(shè)置問(wèn)題。

所以盡量避免加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)在軸式吊耳上方，如果由于強(qiáng)度因素必須設(shè)置在軸式吊耳的上方，應(yīng)考慮增加軸式吊耳吊臂的長(zhǎng)度，或者增大吊裝平衡梁的長(zhǎng)度，使其吊繩偏角豎直向外，使吊繩遠(yuǎn)離加強(qiáng)圈的影響。

4.3 管道支撐

對(duì)于大直徑長(zhǎng)管道，例如循環(huán)管及二次蒸汽管路，直徑分別為DN1200和DN1400。循環(huán)管內(nèi)部充滿介質(zhì)，介質(zhì)本身的重力及流動(dòng)對(duì)會(huì)管道產(chǎn)品較大的作用力；二次蒸汽管路中的蒸汽會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生較大的沖擊力，產(chǎn)品振動(dòng)。當(dāng)管道較長(zhǎng)時(shí)，介質(zhì)的作用力更加明顯。另外管路中的介質(zhì)是在一定工作溫度下工作，尤其是蒸汽管路，會(huì)產(chǎn)品一定量的熱膨脹量，易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致焊縫撕裂。

為解決上述問(wèn)題，可在管路合適的位置設(shè)置支撐減少管路的自由段長(zhǎng)度，采用彈性支撐較好，例如在支座底板下設(shè)置減震橡膠。對(duì)于產(chǎn)生較大膨脹量的管路宜設(shè)置膨脹節(jié)來(lái)吸收管路的膨脹量。

4.4 視鏡清洗

蒸發(fā)室上需設(shè)置多個(gè)視鏡，便于觀察設(shè)備內(nèi)部的液位及介質(zhì)中的晶體含量。由于設(shè)備內(nèi)介質(zhì)存在結(jié)晶，晶體在視鏡玻璃處易產(chǎn)生堆積，遮擋視線，所以每個(gè)視鏡應(yīng)設(shè)置沖洗口。標(biāo)準(zhǔn)視鏡的沖洗口尺寸較小，容易發(fā)生堵塞，因此應(yīng)在視鏡口附件設(shè)置一個(gè)DN15的清洗管口，如圖4所示，該結(jié)構(gòu)可有效解決視鏡口的晶體附著，同時(shí)避免清洗管路堵塞。

圖4 視鏡沖洗結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蒸發(fā)裝置安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置在設(shè)計(jì)時(shí)提出了一些有利于現(xiàn)場(chǎng)安裝施工及便于后期運(yùn)行的解決辦法，這些措施能有效地解決了安裝過(guò)程中的管道安裝困難，裝配誤差大，維修拆卸不變等問(wèn)題，提高施工質(zhì)量，縮短施工周期，節(jié)省施工成本。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工工程項(xiàng)目，應(yīng)盡可能地在設(shè)計(jì)階段結(jié)合廠房布置及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行全面考慮，如考慮運(yùn)輸、吊裝，設(shè)備就位等問(wèn)題。能在設(shè)計(jì)時(shí)解決的不要放到施工現(xiàn)場(chǎng)解決，能在車間完成的一定要在車間完成，現(xiàn)場(chǎng)解決需要的人力物力較多，并且質(zhì)量和安全也難以保證。

本文對(duì)類似項(xiàng)目提供指導(dǎo)，避免相同問(wèn)題發(fā)生。后期同本裝置類似的另一項(xiàng)目依據(jù)本項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，施工工期由50天縮短至40天，極大地提高了施工效率，并提高了施工質(zhì)量，一次驗(yàn)收合格。